石墨烯涂料的案例
石墨烯基重防腐涂料已實現規模量產
中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員、中國工程院院士薛群基和研究員王立平帶領的海洋功能材料團隊研制的石墨烯基重防腐涂料已實現規模量產并進入大規模示范應用階段。
石墨烯基重防腐涂料已實現規模量產
目前正在擴充建設年產5000噸石墨烯重防腐涂料生產線，批量產品已在國家電網沿海地區和工業大氣污染地區大型輸電鐵塔、西南地區光伏發電支架、石化裝備以及航天裝備等領域進入規模示范應用階段。
石墨烯作為新型的二維納米材料在重防腐涂料領域具有重要的應用前景。雖然近年來石墨烯基重防腐涂料受到相關行業重點攻關，但是仍未實現其大規模實際應用。主要原因在于：至今還沒有形成完善的涂料體系;缺少性能全面考核和實際工況長效服役評估;缺乏詳細的專用數據庫和相關涂料標準;石墨烯成本相對較高。
針對石墨烯基重防腐涂料應用中的共性技術難題，該研究團隊聯合劉兆平團隊以及寧波墨西科技有限公司協同創新合作開發了重防腐專用石墨烯復合粉體和漿料，重點突破了石墨烯與其他功能微納米填料的復合技術;與涂料生產企業和防腐工程施工企業合作，通過涂裝體系搭配，創造性地解決了涂料的帶銹涂裝重大難題和海洋耦合環境長壽命耐候性核心問題，開發出了具有自主知識產權的關鍵工藝配方，實現了石墨烯基重防腐涂料的低成本穩定量產。
為滿足不同應用需求，寧波材料所已經成功開發了系列石墨烯(白石墨烯)基沿海儲油罐重防腐涂料、導靜電防腐涂料、電網塔架防腐涂料、光伏塔架防腐涂料、耐海水防腐涂料和航天國防特種涂料等8大系列防腐和耐磨涂料。石墨烯基重防腐涂料已通過5000小時鹽霧實驗、2000小時耐5%H2SO4和2000小時耐5%NaCl浸泡等第三方檢測試驗。
展開 寧波材料所石墨烯基重防腐涂料開始大規模示范應用
中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員、中國工程院院士薛群基和研究員王立平帶領的海洋功能材料團隊研制的石墨烯基重防腐涂料已實現規模量產并進入大規模示范應用階段。
目前正在擴充建設年產5000噸石墨烯重防腐涂料生產線，批量產品已在國家電網沿海地區和工業大氣污染地區大型輸電鐵塔、西南地區光伏發電支架、石化裝備以及航天裝備等領域進入規模示范應用階段。
石墨烯作為新型的二維納米材料在重防腐涂料領域具有重要的應用前景。雖然近年來石墨烯基重防腐涂料受到相關行業重點攻關，但是仍未實現其大規模實際應用。主要原因在于：至今還沒有形成完善的涂料體系;缺少性能全面考核和實際工況長效服役評估;缺乏詳細的專用數據庫和相關涂料標準;石墨烯成本相對較高。
針對石墨烯基重防腐涂料應用中的共性技術難題，該研究團隊聯合劉兆平團隊以及寧波墨西科技有限公司協同創新合作開發了重防腐專用石墨烯復合粉體和漿料，重點突破了石墨烯與其他功能微納米填料的復合技術;與涂料生產企業和防腐工程施工企業合作，通過涂裝體系搭配，創造性地解決了涂料的帶銹涂裝重大難題和海洋耦合環境長壽命耐候性核心問題，開發出了具有自主知識產權的關鍵工藝配方，實現了石墨烯基重防腐涂料的低成本穩定量產。
為滿足不同應用需求，寧波材料所已經成功開發了系列石墨烯(白石墨烯)基沿海儲油罐重防腐涂料、導靜電防腐涂料、電網塔架防腐涂料、光伏塔架防腐涂料、耐海水防腐涂料和航天國防特種涂料等8大系列防腐和耐磨涂料。石墨烯基重防腐涂料已通過5000小時鹽霧實驗、2000小時耐5%H2SO4和2000小時耐5%NaCl浸泡等第三方檢測試驗。
展開 iTherM Talks 第8期-石墨烯涂料在散熱中的應用
01
議程安排
[19:30-20:30] 石墨烯散熱涂料在散熱中的應用
[演講嘉賓] 狄鵬程，江蘇先豐納米材料科技有限公司/應用工程師
[報告摘要] 通過闡述石墨烯的散熱理論，根據不同領域熱管理的實際需求，結合產品，展現石墨烯散熱涂料的優勢，本次課程主要從1：石墨烯的常見制備方法；2：石墨烯散熱涂料的散熱理論；3：石墨烯散熱涂料的實際應用分享。
02
企業介紹
納米技術是納米尺度上的工程學。納米材料是八十年代末發展起來的新材料領域。科技界認為，納米技術是人類認識和改造世界能力的重大突破，將引發下一場新的技術革命和產業革命。石墨烯的發現勢必會引領這場新的技術革命和產業革命。先豐人從08年開始石墨烯材料的研發、制備，并于2009年成功將石墨烯產品推向市場，肩負石墨烯產業化的歷史使命感，相信我們先豐人可以走得更遠！
先豐納米成立于2009年，專注高品質納米材料服務十四年，立志成為先進納米材料制造商和技術服務商。公司現擁有4000平技術服務中心，研發中心超過1500平米，石墨烯粉體、漿料和石墨烯膜完整生產線，自主研發專利40多項，科研服務用戶超過65000家，工業服務用戶超過1000家，銷售遍布全球70多個國家和地區。
先豐納米致力于成為高品質的納米材料制造商及技術服務商，與南京大學、東南大學、南京郵電大學以及中科院等院士團隊密切合作，并與美國、新加坡等知名實驗室合作，共同開發新型納米材料。
展開 石墨烯在涂料中的應用
田振宇等研究了石墨烯在重防腐涂料中的應用。研究表明，石墨烯的加入使環氧富鋅防腐涂料中鋅的利用率明顯提高，發揮了良好的陰極保護協同作用，大大降低了鋅粉的用量，減少了施工時的粉塵污染。當石墨烯含量l％時，鋅烯復合涂層的物理機械性能和耐鹽霧性能隨石墨烯含量的升高而增大。
1.2 水性防腐涂料
水性防腐涂料是一種環保、綠色涂料，由于 VOC 較低，成為防腐涂料的重要發展方向，在防腐涂料領域方面的應用呈上升趨勢。水性防腐涂料是以水為分散劑，表面張力大，漆膜成膜性一直不夠理想。在水性防腐涂料中加入石墨烯（晶瑞單層0.5-1.5nm），可以有效改善這一缺點。但由于水自身的特點，表面張力大，導致了水性防腐涂料的成膜性能、漆膜防腐性能總體上都不及溶劑型防腐涂料。巨浩波等采用溶液超聲法制備了石墨烯/硅丙乳液復合材料，結果表明，當石墨烯用量為 0.7%時，其在高分子基體中的分散狀態最好，與不加石墨烯的硅丙乳液涂膜相比，復合材料的拉伸強度提高了 15.5%，斷裂伸長率下降了 3.6%，耐水性提高了 14%，失重 5%時的熱分解溫度提高了 43℃，防腐蝕性能也得到了極大提升。王耀文等研究發現，將0.5%～2%不同含量石墨烯作為防腐填料分別加入到水性環氧樹脂涂料中，有效地提高了涂層的防腐性能，隨著石墨烯含量的增加，涂料的防腐性能先提高后降低，當石墨烯含量為 1.0%的涂層防腐效果最好。
2、石墨烯在導電涂料中的應用
石墨烯（晶瑞單層0.5-1.5nm）本身的共軛體系使其電子傳輸能力很強，具有優異的導電性能，這使得它在導電涂料領域具有非常大的應用潛力。賴奇等利用不同的插層剎對石墨烯進行改性，在減少了石墨烯之間團聚的同時提高了石墨烯在樹脂基體中的分散穩定性。將改性后的石墨烯加入到丙烯酸樹脂中，研究表明：石墨烯的加入低了涂層電阻率，導電性能得到提高。
展開 
天津大學汪懷遠教授團隊CEJ：具有高抗氧氣腐蝕能力的石墨烯水性涂料
水性防腐涂料由于綠色環保、含揮發性有機化合物（VOCs）少，對環境友好，對人體無害，因此受到越來越多的關注。然而，目前水性防腐涂料中殘留的親水基團和表面活性劑會形成極性通道，有利于腐蝕介質的滲透，導致涂層對腐蝕性介質的屏蔽能力較差，尤其是在高壓氧腐蝕環境中。
基于上述研發需求，天津大學汪懷遠教授團隊通過經濟高效的方法制備了功能化納米材料改性分散石墨烯（Gr），可使石墨烯在水中穩定分散90天以上，解決了石墨烯水分散和兼容性問題。此外自主設計了一種旋涂取向法，可使功能化石墨烯N-CQDs@Gr在水性涂層中平行于金屬基板表面排布。這種涂層結構不僅抑制了石墨烯因團聚和導電引發的金屬微電偶腐蝕，而且最大化了石墨烯的阻隔性能。
圖1 (a) N-CQDs、(b) N-CQDs@Gr粒子以及 (c) N-CQDs@Gr涂層的制備示意圖。
圖2 (a1, a2) WEP、(b1, b2) Gr/WEP、(c1, c2) N-CQDs/WEP和 (d1, d2) N-CQDs@Gr/WEP涂層的SEM截面圖。
電化學測試表明，在3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡90天后，水性功能涂層的阻抗值比WEP水性涂層高2個數量級左右，并且浸泡260天后水性功能涂層的阻抗值仍保持在109 ohm cm2 以上，尤其在3 MPa 純O2和3.5 wt.% NaCl溶液耦合的苛刻環境中浸泡10天后，水性功能涂層的阻抗值仍保持在1010 ohm cm2 以上，比WEP水性涂層高將近3個數量級。研究揭示了功能納米材料對涂層防腐能力提升的作用機理。
展開 我國開發石墨烯涂層技術！具有巨大價值和發展空間
圖2 （a）石墨烯絕緣封裝材料制備示意圖；(b,c,d)不同涂層缺陷處的局部交流阻抗分布與(e) 修復機理
面對國外涂料巨頭對市場的壟斷，國內重防腐技術的空缺，國內企業沒有放棄與國外企業的競爭，他們積極研發，嘗試自主研發推出新型重防腐涂料。在歷經了無數次的試驗后，國產防腐涂料的難題在石墨烯領域找到了答案，一種石墨烯技術與傳統重防腐涂料結合的應用——石墨烯新型重防腐涂料誕生了。
石墨烯作為新材料之王，是世界上目前人類已知的厚度最薄、強度最大的材料，同時具有良好的阻隔性能和屏蔽性能，還兼具高導電、高導熱的特性，能夠延長腐蝕發生的時間與侵蝕物質的侵入路徑，提高涂料的附著力與涂層保護膜質量，在柔韌性測試、抗沖擊測試以及最重要的耐腐蝕測試中都展現了優異特性，石墨烯無疑是目前最理想的能夠應用在重防腐涂料上的材料。
目前國內市場上的重防腐涂料多以環氧富鋅作為重防腐的配套底漆，底漆中的鋅粉會對金屬基體表面進行物理隔絕和化學保護，來達到防腐的目的。但是鋅粉在微觀視角下呈現點狀分布，酸堿鹽小分子侵蝕物質能夠輕松通過，為了防止侵蝕物質的通過，以及提高電化學保護效果，只能提高鋅粉的使用量，但是大量使用鋅粉會導致裝備設施在進行切割焊接此類熱加工的時候，產生氧化鋅煙塵和鋅蒸汽，對人體造成危害，受腐蝕所產生的鋅重金屬離子也會對環境造成污染。
隨著隨著人們環保意識的不斷提高，世界各國對防腐涂料的發展提出越來越多的要求，防腐涂料正向高性能化、功能化、綠色化的方向發展，特別是發展石墨烯新型環保重防腐涂料已成為重防腐涂料的重要發展方向。
石墨烯與重防腐涂料的結合，能夠解決大量使用鋅粉帶來的弊端，充分發揮石墨烯的物理優勢，在兼顧重防腐性能的同時更加綠色環保。石墨烯具有的獨特結構，使其在物理防腐和電化學防腐方面都展現出一定的優勢。
展開 合資開發石墨烯增強熱塑性復合材料
（XGS;美國密歇根州蘭辛市）宣布將參與在中國開發基于xGnP石墨烯納米片的先進復合材料。協議備忘錄創建了石墨烯應用開發中心（GADC），這是中化塑料有限公司（中化；中國北京）與余姚PGS新材料科技有限公司（PGS;余姚市，中國）的合資公司。 。雙方合作為工業和船舶應用帶來了新的石墨烯增強防腐涂料。
475玻璃纖維https://www.hongyantu.com/goodlist/zq/16028.html
GADC將開發石墨烯增強的熱塑性復合材料，專門利用XGS生產的石墨烯納米片。這些公司的目標是一系列熱塑性材料和最終用途市場，包括汽車，工業和消費品，如服裝。合作產生的產品將通過中化集團和PGS在中國生產和銷售。
“我們很高興能夠與Sinochem和PGS合作，進一步利用我們在新型先進復合材料應用中的材料性能，”XG Sciences首席執行官Philip Rose博士說。“此項活動進一步支持了我們在國際舞臺上的產品價值，并使XGS能夠加強與中化和PGS的關系，并在中國重要市場利用其產品的市場范圍。”
“自2015年以來，我們一直在中國市場支持XGS，”余姚PGS新材料科技有限公司總裁石巖博士說，“我們很高興現在將我們的努力與中化塑料在石墨烯應用開發項目下合作中心傘創造了一個新的材料平臺。“
通過“納米材料：產品，成熟的下一代復合材料供應鏈，及時了解復合材料技術的最新納米材料。”
轉載聲明
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展開 中芯國際回應業務未涉及石墨烯晶圓，網友質疑萬物皆可石墨烯？石墨烯芯片到底是什么？
中芯國際是國內最大也是最先進的晶圓制造廠，目前量產的最先進工藝是14nm，但與臺積電、三星的5nm相比，還落后兩三代工藝，總有人期望國內的公司能夠彎道超車，最近有傳聞稱中芯國際開始進軍石墨烯晶圓市場，甚至希望他們與中科院合作，研發生產國產的石墨烯芯片。
對于這一問題，中芯國際日前在互動平臺上表示，公司目前業務未涉及石墨烯晶圓領域，否認了與石墨烯晶圓相關的消息。
除了芯片，石墨烯在新能源汽車領域也曾引發巨大討論。
2021 年初舉辦的某電動車論壇上，中國科學院院士歐陽明高公開表示：
“ 如果有人告訴你，這車能跑 1000 公里，幾分鐘充滿電，還安全，成本又很低。以目前的技術來講，他一定是騙子。”
而就在該論壇舉辦前不久，汽車制造商廣汽埃安發布了一張全新電池科技的海報，其中就包含了上述字眼，更是提到了石墨烯材料：
作為近年來熱度比較高的新興科技概念，
石墨烯被認為是高科技的代名詞
，除了石墨烯電池，在網上隨便一搜就可以看到更多奇奇怪怪的“石墨烯產品”：石墨烯內衣褲、石墨烯面膜等等。可以這么說，正如前些年“納米”概念盛行的時候，任何產品前面加上這兩個字，價格就會翻個幾倍，最近網絡上的“石墨烯產品”基本上也都是如此。
甚至有人嘲諷“石墨烯”概念就是碩士，博士用來水論文的。
但是石墨烯概念被商家濫用并不意味著石墨烯就完全沒有了研究前景。
石墨和石墨烯有關的材料可以廣泛應用在電池電極材料、半導體器件、透明顯示屏、傳感器、電容器、晶體管等方面。
展開 50-600nm厚度的高遷移率、柔性大面積石墨烯薄膜
50-600nm厚度的高遷移率、柔性大面積石墨烯薄膜
50-600nm厚度的高遷移率、柔性大面積石墨烯薄膜
來源 | Nano-Micro Letters 原文 | https://doi.org/10.1007/s40820-023-01032-6 01 背景介紹 石墨烯納米膜是石墨烯的體相形態之一，其繼承了單層石墨烯的原子結構和電子、聲子行為特征，同時具有寬的作用截面、長的載流子弛豫時間，是良好的熱學、電學以及光電研究平臺。目前，石墨烯納米膜的可控制備尚未實現。本文以氧化石墨烯(GO，杭州高稀科技)/聚丙烯腈(PAN)復合薄膜為前驅體，利用基底替換和協同石墨化策略，制備了大面積、密堆積的組裝石墨烯納米膜(nMAG)(橫向尺寸，20cm；厚度范圍，50-600 nm)。nMAG具有良好的電學性能：載流子遷移率，1540 cm2V?1 s?1；電導率，2.04 MS m?1；載流子壽命4.7 ps。將其應用于電磁屏蔽，nMAG的高電導率降低了其最低商用厚度(100 nm，20 dB)；將其應用于紅外探測，nMAG的強光致熱發射效應將石墨烯/硅二極管的響應波長從1.5 μm擴展到了4 μm。此外，作者將nMAG(200 nm)和聚乙烯醇(PVA)層層組裝成10 μm厚的石墨烯膜，通過PVA的分解構建nMAG氣體逸散通道，抑制氣囊的產生、降低組裝石墨烯厚膜的褶皺密度，進而提升薄膜導電、導熱能力。 展到了4 μm。此外，作者將nMAG(200 nm)和聚乙烯醇(PVA)層層組裝成10 μm厚的石墨烯膜，通過PVA的分解構建nMAG氣體逸散通道，抑制氣囊的產生、降低組裝石墨烯厚膜的褶皺密度，進而提升薄膜導電、導熱能力。 02 成果掠影 浙江大學高超課題組以氧化石墨烯(GO，28 μm，杭州高稀科技)/聚丙烯腈(PAN)薄膜為前驅體，利用基底替換和協同石墨化策略，制備了大尺寸和緊密堆疊的組裝石墨烯納米膜(nMAG，橫向尺寸20 cm，厚度范圍50-600 nm)。
展開 哈爾濱工業大學鐘晶課題組報道石墨烯基宏觀體構建與制備新進展
近日，哈爾濱工業大學鐘晶課題組與來自國內外科研院所、高校的科研人員合作，在石墨烯基宏觀體構建與制備方面取得一系列新成果。研究成果分別發表于國際權威期刊《美國化學學會·納米》（影響因子13.71）和《自然·通訊》（影響因子12.35）上。我校為共同第一單位與通信單位。
石墨烯是典型的二維納米材料，具有極為優越的力學、電學、熱學、化學穩定性與物理隔絕性能。另一方面，石墨烯作為作為典型的二維材料，具有極強的各向異性。為了發揮其優異的物化性能，石墨烯的高效定向與致密組裝是高強石墨烯薄膜、高能量密度儲能材料、以及優異石墨烯基防腐涂層等石墨烯基宏觀體構建與制備的關鍵。作為新型交叉領域，納米材料的組裝旨在研究納米尺度下組裝單元的基本物化特性以及分子間作用力對宏觀結構及其性能的影響規律，進而認識在多尺度下空間固體結構的形成過程與流-固相互作用機制，為材料科學、膠體科學以及連續介質力學的學科交叉與融合提供新穎的研究平臺。
針對限制石墨烯高分子防腐涂料性能提升的瓶頸問題，即石墨烯難以分散與空間分布難以控制等問題，鐘晶課題組與華盛頓州立大學石鮮明教授課題組合作，首次提出了基于貝殼仿生結構的防腐策略,通過旋轉法層層組裝方法，制備了氧化石墨烯/環氧樹脂復合涂層。由于石墨烯在該復合涂層內形成了平行致密堆疊結構，不僅完全避免了石墨烯的分散問題，而且可以完美阻隔氯離子等腐蝕介質的滲透，從而實現了只用常用環氧樹脂涂層的50%厚度（17微米）就可以使腐蝕速度降低20倍。
展開 【杜巴在線知識小講座】石墨烯如何生產？淺析?石墨烯生產方法
石墨烯如何生產？石墨烯的生產制備方法有機械剝離法、化學氣相沉積法（CVD）、氧化-還原法、溶劑剝離法、溶劑熱法、高溫還原、光照還原、外延晶體生長法、微波法、電弧法、電化學法等。前四種最為常用，下面進一步介紹這四種石墨烯生產方法。
機械剝離法
當年Geim研究組就是利用3M的膠帶手工制備出了石墨烯的，但是這種方法產率極低而且得到的石墨烯尺寸很小，該方法顯然并不具備工業化生產的可能性。
化學氣相沉積法（CVD）
化學氣相沉積法主要用于制備石墨烯薄膜，高溫下甲烷等氣體在金屬襯底（Cu箔）表面催化裂解沉積然后形成石墨烯。CVD法的優點在于可以生長大面積、高質量、均勻性好的石墨烯薄膜，但缺點是成本高工藝復雜存在轉移的難題，而且生長出來的一般都是多晶。
氧化-還原法
氧化-還原法是指將天然石墨與強酸和強氧化性物質反應生成氧化石墨（GO），經過超聲分散制備成氧化石墨烯，然后加入還原劑去除氧化石墨表面的含氧基團后得到石墨烯。氧化-還原法制備成本較低容易實現，成為生產石墨烯的最主流方法。但是該方法所產生的廢液對環境污染比較嚴重，所制備的石墨烯一般都是多層石墨烯或者石墨微晶而非嚴格意義上的石墨烯，并且產品存在缺陷而導致石墨烯部分電學和力學性能損失。
溶劑剝離法
溶劑剝離法的原理是將少量的石墨分散于溶劑中形成低濃度的分散液，利用超聲波的作用破壞石墨層間的范德華力，溶劑插入石墨層間，進行層層剝離而制備出石墨烯。此方法不會像氧化-還原法那樣破壞石墨烯的結構，可以制備高質量的石墨烯。缺點是成本較高并且產率很低，工業化生產比較困難。
石墨烯的生產會越來越好
目前市場上好多廠家生產的石墨烯，石墨片層數目不等，表面存在大量的缺陷和官能團，無論是導電性、導熱性還是機械性都跟獲得諾貝爾獎的石墨烯是兩回事。
展開 
北理工曲良體團隊ACS Nano：重構氧化石墨烯液晶實現石墨烯氣凝膠的大規模制備
【引言】
石墨烯氣凝膠作為近年來最具吸引力的碳材料之一，在儲能轉換、環境修復、高性能傳感器、超輕型阻燃劑、電磁干擾屏蔽、吸聲、高效太陽熱轉換等領域顯示出巨大的潛力。制備超輕石墨烯氣凝膠的方法和工藝，包括化學氣相沉積、溶液冷凍干燥、溶膠-凝膠法、模板介導的溶液組裝和3D打印等。在以往的研究中，溶膠-凝膠法和空氣干燥法被認為是實現超彈性（>90%應變）和超低密度（小于10 mg cm-3）石墨烯氣凝膠的低成本、大規模商業化生產的重要方法。化學還原或交聯驅動的氧化石墨烯（GO）的凝膠化過程是其中的關鍵步驟。液晶（LC）相通常在GO水分散體中自發形成，當不存在特殊控制時，其通常顯示常規的向列相或層狀相。不幸的是，向列相或層狀相GO LCs在微觀上有序，但宏觀上是嚴重無序，尤其是大尺寸（e.g. 米級尺寸），這將嚴重破壞大尺寸樣品石墨烯水凝膠的均勻性和完整性，進一步阻礙了干燥后大塊石墨烯氣凝膠的成功制備。因此，建立適合工業應用的方法制備大尺寸、結構完整的石墨烯氣凝膠仍然是一個重大挑戰。
【成果簡介】
近日，在曲良體教授（通訊作者）團隊的帶領下，北京理工大學與清華大學合作，開發了一種表面活性劑發泡溶膠-凝膠法，通過微泡模板有效地破壞和重建分散體系中的GO LCs，從而獲得大尺寸、結構完整的石墨烯水凝膠塊(GHB)。經過簡單冷凍和風干后，得到的石墨烯氣凝膠塊（GAB）表現出結構完整的尺寸約為1 m2，超彈性高達99％壓縮應變，超低密度2.8 mg cm-3，具有快速的太陽能熱轉換能力。
展開 物理所高鴻鈞、杜世萱AM: 石墨烯/硅烯范德華異質結構中的穩定硅烯
【引言】
作為石墨烯的二維類似物，硅烯最近成為科研人員廣泛研究的材料。理論上預測的硅烯和基于硅烯的范德瓦爾斯異質結雖然具有令人感興趣的物理性質，但是由于硅烯在空氣中易于氧化，目前來說，在實驗上制備此類器件仍然具有很大的挑戰性。
【成果簡介】
近日，中國科學院物理研究所高鴻鈞、杜世萱（共同通訊）等研究人員通過硅插層方法成功制備了石墨烯/硅烯范德瓦爾斯異質結構。密度泛函理論計算顯示石墨烯和硅烯層之間的相互作用較弱，證實了范德華異質結構的形成。他們首先在Ru(0001)襯底上生長石墨烯層，并在其下插入硅原子以構筑硅烯。同時，他們通過控制硅的量，在石墨烯下制備不同類型的硅烯納米結構并通過掃描隧道顯微鏡（STM）成像分析。在低劑量下，在石墨烯摩爾圖案的頂部（atop）區域下周期性排列的硅烯納米片段陣列是一種新型的本征圖案化的二維材料；而在較高劑量下，插入的Si形成硅烯單層。在更高的Si劑量下，在石墨烯和基底之間則形成多層硅烯。將所制備的石墨烯/硅烯異質結構在環境條件下暴露兩周，沒有顯示出可觀察到的損壞，表明了其良好的空氣穩定性。該研究發表于Advanced Materials，題為“Stable Silicene in Graphene/Silicene Van der Waals Heterostructures”。文章第一作者為物理所李更。
【圖文導讀】
圖1.
展開 《自然·材料》重磅：中美合作制備出石墨烯兄弟——單層錫烯！
近日，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心教授王兵和副教授趙愛迪研究團隊與清華大學助理教授徐勇、教授段文暉以及美國斯坦福大學教授張首晟合作，成功制備出具有純平蜂窩結構的單層錫烯，并結合第一性原理計算證實了其存在拓撲能帶反轉及拓撲邊界態。相關研究成果11月5日在線發表在《自然·材料》（Nature Materials）雜志上。
類石墨烯結構的IV族元素二維晶體材料及其物性研究，是當前凝聚態物理學和材料科學領域的重要焦點。其中，基于元素錫(Sn)的二維類石墨烯晶體錫烯(Stanene)因其具有很強的電子自旋-軌道耦合，被認為是繼石墨烯后又一種具有優越物理性質的新型量子材料。2013年前后理論物理學家們預言，錫烯中由于pxy軌道具有遠強于pz軌道的自旋軌道耦合效應，因此s-p軌道的能帶反轉可以在布里淵區中心打開數百毫電子伏的巨大能隙；更巧妙的是，由于pxy軌道是平面內的，所以其拓撲性更為魯棒，不易受到襯底和吸附物的影響和破壞。因此，錫烯是一種理想的大能隙二維拓撲絕緣體，有望實現室溫量子自旋霍爾效應，在拓撲電子學器件應用方面具有重要意義。理論同時還預言了錫烯有可能被調控實現拓撲超導態、優越的熱電效應、近室溫的量子反常霍爾效應等新奇特性。過去幾年中，國內外多個研究組在不同的襯底表面制備了單層錫烯，但由于受襯底影響，這些已制備出的錫烯都具有非平面的翹曲結構且均未表現出拓撲物性。如何制備出具有拓撲特性的錫烯，成為二維類石墨烯材料物性研究亟待突破的重要難題。
純平蜂窩結構錫烯的制備和原子尺度形貌圖（1-3）、結構模型（4-5）、理論計算（6）和實驗觀測到的電子能帶結構（7-8）。
經過近三年反復摸索，研究團隊利用低溫分子束外延技術成功制備出了具有拉伸晶格結構的單層錫烯。
展開 綜述熱管理材料—石墨烯
最近的一項研究證實了這一理論，并表明在37%的渦輪層積石墨烯的存在下，GFs的導熱系數顯著提高到3200W/(mK)。
此外，與PGS的制造相比，GFs的組裝方法為膜結構的設計提供了更大的靈活性。例如，商用PGS的厚度限制在10-100 μm，這給客戶的選擇更少。對于GFs，可以很容易地實現從幾百納米到毫米的不同厚度，這可以滿足從微電子到軍事和空間探索等不同應用的各種要求。此外，隨著薄膜厚度的增加，商用PGS的密度逐漸降低。先前關于聚酰亞胺(PI)熱解過程的研究也報道，在厚PGS(大于25μm)的情況下，由于曲率和層錯配的增加，石墨層織構的取向變得更差。因此，當膜密度達到2.1g/cm3時，工業上制造的PGS厚度通常限制在25μm以內，以獲得取向良好的石墨層織構。與PGS不同的是，GFs是由單個氧化石墨烯薄片預組裝而成的，并且在水平方向上具有更好的取向。因此，厚度的增加不會導致GFs中層錯配的增加。當石墨烯厚度大于25μm時，石墨烯取向良好的石墨烯層結構和高密度使得石墨烯的導熱系數大大高于PGS。
是否可以進一步提高石墨烯薄膜的導熱系數，使其達到更高的值是仍然需要解決的科學問題。理論研究表明，在完美且無缺陷的結構下，石墨烯的導熱系數可以接近10000W/(mK)。通過控制渦層狀態、無缺陷、無皺紋、排列良好的結構以及大晶粒尺寸目前是推動石墨烯薄膜導熱性優化的正確策略。
2.1.2 LPE石墨烯薄膜散熱器
液相剝離（LPE）是對膠帶輔助機械剝離、CVD和升華方法的一種非常重要的補充
懸浮形式的石墨烯。該方法從石墨顆粒開始，允許以低成本大規模生產石墨烯。因此，它具有許多應用前景，包括涂料，復合材料，油墨，纖維，散熱材料等。
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